Die Geschichte von CO2 in der Kältebranche ist lang und reicht bis weit ins vorletzte Jahrhundert zurück. Was viele in der aktuellen Diskussion um natürliche Kältemittel nicht wissen: Bis in die 1930er-Jahre wurden ausschließlich in der Natur vorkommende Substanzen als Kältemittel eingesetzt, wie zum Beispiel Ammoniak, Propan, Schwefeldioxid oder Kohlenstoffdioxid.
Für die breite Bevölkerung waren diese Kälteanlagen nicht serienmäßig und im Alltag verfügbar, da es erhebliche Sicherheitsbedenken gab und hin und wieder schwere Unfälle passierten. So wurden diese Kältemittel überwiegend in großen industriellen Kälteanlagen verwendet. Erst die Entwicklung der sogenannten Sicherheitskältemittel in den 1930er-Jahren machte die Kältetechnik salonfähig und in Form von Haushaltskühlschränken und Klimaanlagen einem breiten Publikum zugänglich. Die schnelle Verbreitung der Sicherheitskältemittel läutete vorerst das Ende von CO2 in diesem Bereich ein.
Sicherheit geht vor
Heute wird CO2 (R744) in der Kältebranche immer häufiger als natürliches und umweltfreundliches Kältemittel eingesetzt. Im Bereich der Gewerbekühlung setzt Kohlenstoffdioxid neue Standards. Und das obwohl die thermodynamischen Eigenschaften, vor allem bei warmen Außentemperaturen, als nicht besonders gut eingestuft werden. Im thermophysikalischen Bereich allerdings bietet CO2 mehrere herausragende Eigenschaften:
CO2 ist ein Hochdruck-Kältemittel, daher können während des Betriebes durchaus Drücke über 100 bar erreicht werden. Der Tripelpunkt und der kritische Punkt liegen sehr nah am Betriebsbereich. Tatsächlich wird der kritische Punkt, der bei 31 Grad Celsius und 73,8 bar liegt, schon ab einer Umgebungstemperatur von 26 Grad überschritten. Man spricht dann vom transkritischen Betrieb der Kälteanlage.
Der Tripelpunkt (-56,6 Grad Celsius und 5,2 bar) kann im Servicefall, zum Beispiel durch das Abblasen von flüssigem Kältemittel durch ein Ventil, erreicht werden. Dies birgt gewisse Risiken, da sich beim Unterschreiten dieses Punktes sofort Trockeneis bildet. Dadurch können wichtige Sicherheitsfunktionen nicht gewährleistet und Ventile zerstört werden. Nur ausgebildetes Fachpersonal sollte deshalb Reparatur- und Wartungsarbeiten an CO2-Kälteanlagen vornehmen. Ein weiterer Sicherheitsaspekt: Sollte sich im Kältekreislauf ein größeres Leck befinden, kann austretendes Kohlenstoffdioxid die Atemluft in Bodennähe verdrängen. Bei einer Konzentration von acht Prozent CO2 in der Luft können bereits 30 bis 60 Minuten zum Tod durch Ersticken führen. In kleinen Räumen müssen deshalb CO2-Sensoren in Bodennähe installiert sein, die in einem solchen Fall einen akustischen und optischen Alarm auslösen.
R744 ist ein sehr umweltfreundliches Kältemittel ohne Ozonabbaupotenzial und mit einem sehr geringen Treibhauseffekt (GWP-Wert von 1). Das Kältemittel wird als Abfallprodukt aus unterschiedlichen Industrien gewonnen und ist dadurch sehr günstig. Dies spielt besonders beim aktuellen Preisanstieg der FKW-Kältemittel eine große Rolle. Allerdings ist die komplexe transkritische Technik nach wie vor etwas teurer als herkömmliche Kälteanlagen. Dies hängt zum größten Teil mit der höheren Druckfestigkeit der Komponenten zusammen.
CO2 in ganz Europa wirtschaftlich
Im transkritischen Betrieb arbeitet eine Kälteanlage weniger effizient als bei gemäßigten Umgebungstemperaturen oder im subkritischen Betrieb. Die Gesamteffizienz von CO2-Kälteanlagen ist deshalb unmittelbar vom Klima des Aufstellortes abhängig. Bis vor Kurzem sprach man in Fachkreisen vom CO2-Äquator, der mitten durch Europa führte und einen imaginären Breitengrad beschrieb: Auf der nördlichen Halbkugel ließen sich transkritische Anlagen energetisch sinnvoll betreiben, auf der südlichen Seite aufgrund der wärmeren Jahresmitteltemperatur nicht mehr. Doch die Kältetechnik entwickelte sich weiter. Und dadurch liefen die Kälteanlagen auch in wärmeren Regionen immer effizienter. Der CO2-Äquator verschob sich weiter gen Süden. Mittlerweile lassen sich moderne transkritische Kälteanlagen in ganz Europa recht wirtschaftlich betreiben. Ganzjährig effizient – auch in warmen Klimazonen – arbeiten Anlagen mit der Full-Transcritical-Efficiency-(FTE-)Technologie von Epta.
Quo vadis CO2
Durch die F-Gase-Verordnung wird der Einsatz natürlicher Kältemittel gefördert. Nicht ohne Grund, denn in der Gewerbekälte haben sich transkritische CO2-Anlagen inzwischen etabliert. Denn sie sind energieeffizient, zuverlässig, kosteneffizient und umweltfreundlich. Darüber hinaus ist ihr Sicherheitsrisiko sehr gering. Die transkritische CO2-Kältetechnik wird auch in Zukunft eine bedeutende
Rolle spielen. ■
